1. Optikai rendszerek gyújtótávolsága
A gyújtótávolság nagyon fontos mutatója az optikai rendszernek, a gyújtótávolság fogalmát többé-kevésbé értjük, itt tekintjük át.
Az optikai rendszer gyújtótávolsága, amelyet az optikai rendszer optikai középpontja és a sugár fókuszpontja közötti távolságként határoznak meg, amikor a fény párhuzamosan esik, a fény koncentrációjának vagy divergenciájának mértéke egy optikai rendszerben. Az alábbi diagramot használjuk ennek a koncepciónak a bemutatására.
A fenti ábrán a bal végről beeső párhuzamos nyaláb az optikai rendszeren való áthaladás után az F' képfókuszhoz konvergál, a konvergáló sugár fordított nyúlványa a beeső párhuzamos sugár megfelelő kiterjesztési vonalával metszi pontban, és az ezen a ponton áthaladó és az optikai tengelyre merőleges felületet hátsó fősíknak nevezzük, a hátsó fősíkot a P2 pontban metszi az optikai tengellyel, amelyet főpontnak (vagy optikai középpontnak) nevezünk, a főpont és a képfókusz távolsága, ezt szoktuk gyújtótávolságnak nevezni, a teljes név a kép effektív gyújtótávolsága.
Az ábráról az is látható, hogy az optikai rendszer utolsó felülete és a kép F' fókuszpontja közötti távolságot hátsó fókusztávolságnak (BFL) nevezzük. Ennek megfelelően, ha a párhuzamos sugár a jobb oldalról esik be, akkor létezik az effektív gyújtótávolság és az elülső gyújtótávolság (FFL) fogalma is.
2. Fókusztávolság vizsgálati módszerek
A gyakorlatban számos módszer használható az optikai rendszerek gyújtótávolságának tesztelésére. Különböző elvek alapján a gyújtótávolság-vizsgálati módszerek három kategóriába sorolhatók. Az első kategória a képsík helyzetén alapul, a második kategória a nagyítás és a gyújtótávolság közötti összefüggést használja a gyújtótávolság értékének meghatározásához, a harmadik kategória pedig a konvergáló fénysugár hullámfront görbületét használja a gyújtótávolság értékének meghatározásához. .
Ebben a részben bemutatjuk az optikai rendszerek gyújtótávolságának tesztelésére gyakran használt módszereket:
2.1Collimátor Módszer
A kollimátor használatának elve egy optikai rendszer gyújtótávolságának tesztelésére az alábbi ábrán látható:
Az ábrán a tesztminta a kollimátor fókuszában van elhelyezve. A tesztminta y magassága és az f fókusztávolságc' a kollimátor ismert. Miután a kollimátor által kibocsátott párhuzamos sugarat a vizsgált optikai rendszer konvergálta és a képsíkon leképezi, az optikai rendszer gyújtótávolsága a vizsgálati minta képsíkon lévő y' magassága alapján számítható ki. A tesztelt optikai rendszer gyújtótávolsága a következő képletet használhatja:
2.2 GaussMethod
A Gauss-módszer sematikus ábrája egy optikai rendszer gyújtótávolságának tesztelésére az alábbiak szerint látható:
Az ábrán a vizsgált optikai rendszer elülső és hátsó fősíkja P, illetve P'-ként van ábrázolva, a két fősík távolsága pedig dP. Ennél a módszernél a d értékePismertnek tekinthető, vagy értéke kicsi és figyelmen kívül hagyható. A bal és jobb oldalon egy tárgyat és egy vevőképernyőt helyeznek el, és a köztük lévő távolságot L-ként rögzítik, ahol L-nek nagyobbnak kell lennie, mint a vizsgált rendszer gyújtótávolságának 4-szerese. A vizsgált rendszer két pozícióba helyezhető, amelyek 1. és 2. pozícióként jelölhetők. A bal oldali objektum jól látható a fogadó képernyőn. A két hely közötti távolság (a D-vel jelölve) mérhető. A konjugált kapcsolat szerint a következőket kaphatjuk:
Ezen a két helyen a tárgytávolságot s1 és s2 értékben rögzítjük, majd s2 - s1 = D. Képletlevezetéssel az alábbiak szerint kaphatjuk meg az optikai rendszer gyújtótávolságát:
2.3Lenzométer
A Lensometer kiválóan alkalmas nagy gyújtótávolságú optikai rendszerek tesztelésére. A sematikus ábrája a következő:
Először is, a vizsgált lencse nincs az optikai úton elhelyezve. A bal oldali megfigyelt célpont áthalad a kollimáló lencsén, és párhuzamos fénnyé válik. A párhuzamos fényt f gyújtótávolságú konvergáló lencse konvergálja2és tiszta képet alkot a referenciaképsíkon. Az optikai út kalibrálása után a vizsgált lencsét az optikai útba helyezzük, és a vizsgált lencse és a konvergáló lencse közötti távolság f2. Ennek eredményeként a vizsgált lencse működése miatt a fénysugár újra fókuszálódik, ami a képsík helyzetének eltolódását okozza, ami tiszta képet eredményez az új képsík helyén a diagramon. Az új képsík és a konvergáló lencse közötti távolságot x-szel jelöljük. A tárgy-kép kapcsolat alapján a vizsgált lencse gyújtótávolságára a következőképpen lehet következtetni:
A gyakorlatban a lenzométert széles körben alkalmazzák a szemüveglencsék felső fókuszmérésénél, és az egyszerű kezelés és a megbízható pontosság előnyei.
2.4 AbbeRefraktométer
Az Abbe refraktométer egy másik módszer az optikai rendszerek gyújtótávolságának tesztelésére. A sematikus ábrája a következő:
Helyezzen két különböző magasságú vonalzót a vizsgált lencse tárgyfelületi oldalára, nevezetesen az 1-es és a 2-es léptéktáblát. A megfelelő léptéktáblák magassága y1 és y2. A két léptéktábla távolsága e, a vonalzó felső vonala és az optikai tengely közötti szög pedig u. A méretezettet a vizsgált objektív f gyújtótávolsággal készíti el. A képfelület végén egy mikroszkóp van felszerelve. A mikroszkóp helyzetének mozgatásával megkereshető a két léptéktábla felső képe. Ekkor a mikroszkóp és az optikai tengely közötti távolságot y-val jelöljük. A tárgy-kép kapcsolat szerint a gyújtótávolságot a következőképpen kaphatjuk meg:
2.5 Moire deflectometryMódszer
A Moiré deflectometry módszer két Ronchi-szabályozást használ párhuzamos fénysugarakban. A Ronchi-vonal egy üveghordozóra felvitt krómfólia rácsszerű mintázata, amelyet általában optikai rendszerek teljesítményének tesztelésére használnak. A módszer a két rács által alkotott Moiré rojtok változását használja fel az optikai rendszer gyújtótávolságának tesztelésére. Az elv sematikus diagramja a következő:
A fenti ábrán a megfigyelt objektum, miután áthaladt a kollimátoron, párhuzamos nyalábbá válik. Az optikai úton anélkül, hogy a vizsgált lencsét először hozzáadnánk, a párhuzamos nyaláb két θ eltolási szögű és d rácstávolságú rácson halad át, és a képsíkon Moiré-rojtokat alkot. Ezután a vizsgált lencsét az optikai útba helyezzük. Az eredeti kollimált fény a lencse általi megtörés után egy bizonyos gyújtótávolságot hoz létre. A fénysugár görbületi sugarát a következő képletből kaphatjuk meg:
Általában a vizsgált lencsét nagyon közel helyezik el az első rácshoz, így a fenti képletben szereplő R érték a lencse gyújtótávolságának felel meg. A módszer előnye, hogy pozitív és negatív gyújtótávolságú rendszerek gyújtótávolságát is képes tesztelni.
2.6 OptikaiFiberAutokollimációMethod
Az optikai szálas autokollimációs módszer alkalmazásának elvét a lencse gyújtótávolságának tesztelésére az alábbi ábra mutatja. Száloptikát használ, hogy divergens sugarat bocsát ki, amely áthalad a vizsgált lencsén, majd egy síktükörre. Az ábrán látható három optikai út az optikai szál állapotát mutatja a fókuszon belül, a fókuszon belül és a fókuszon kívül. A tesztelendő lencse pozícióját előre-hátra mozgatva megtalálhatja a szálfej helyzetét a fókuszban. Ekkor a sugár önkollimálódik, és a síktükör visszaverődése után az energia nagy része visszatér a szálfej helyzetébe. A módszer elvileg egyszerű és könnyen megvalósítható.
3. Következtetés
A fókusztávolság az optikai rendszer fontos paramétere. Ebben a cikkben részletezzük az optikai rendszer gyújtótávolságának fogalmát és tesztelési módszereit. A sematikus diagrammal kombinálva elmagyarázzuk a gyújtótávolság meghatározását, beleértve a képoldali gyújtótávolság, az objektumoldali gyújtótávolság és az elülső gyújtótávolság fogalmát. A gyakorlatban számos módszer létezik egy optikai rendszer gyújtótávolságának tesztelésére. Ez a cikk bemutatja a kollimátor módszer, a Gauss-módszer, a gyújtótávolság mérési módszer, az Abbe gyújtótávolság mérési módszer, a Moiré-elhajlás módszer és az optikai szál autokollimációs módszerének vizsgálati alapelveit. Úgy gondolom, hogy a cikk elolvasásával jobban megértheti az optikai rendszerek gyújtótávolság-paramétereit.
Feladás időpontja: 2024.09.09
